硝酸铵对发射药能量性能的影响

研究了硝酸铵对发射药爆温、爆热、火药力、余容、比容的影响.采用最小自由能法,对发射药的能量参数进行计算;采用密闭爆发器法测定了硝酸铵发射药的火药力和余容;采用绝热法测定了硝酸铵发射药的爆热.计算结果表明: 硝酸铵含量分别为58.49%、50.07%和43.13%时,发射药的爆热、爆温、火药力分别达到最大值4743.2 kJ·kg-1、 3075.9 K和 1049.6 kJ·kg-1.试验结果表明: 硝酸铵发射药与单基药相比,硝酸铵含量50.0%,爆热增加了23.6%,硝酸铵含量40.0%,火药力增加5.0%.随着硝酸铵含量增加,硝酸铵发射药的爆热、火药力符合理论计算的规律.     

HAN基凝胶发射药的性能

为了研究一种HAN基凝胶发射药的性能,以硝酸羟胺(HAN)为主氧化剂,硝酸铵(AN)为辅助氧化剂,聚乙烯醇(PVA)为凝胶剂,在水介质中通过"冷冻-解冻-冷冻"工艺制备.HAN基凝胶发射药.以表观现象的不同来表征PVA的性能对凝胶成型的影响;通过密闭爆发器实验评价该发射药的燃烧性能;通过气相色谱测试燃气组分析,评价该发射药燃烧的清洁性.试验结果表明:HAN凝胶发射药点火延滞期长,点火困难,采用单基发射药薄片包裹凝胶体有利于点火;随着HAN含量增加,氧平衡的提高,燃气中CO含量明显降低,因此该凝胶发射药具有洁净燃烧的特征.     

三元混合溶剂对高氮含量单基发射药性能的影响

为了提高高氮含量单基发射药硝化棉/二硝基甲苯/二苯胺(NC/DNT/DPA)的力学性能,在醇酮溶剂中外加3%的辅助溶剂(二甲基亚砜(DMSO)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、环己酮、环己烷、三氯甲烷、乙酸乙酯、乙酸丁酯)形成三元混合溶剂,对高氮量硝化棉进行塑化成型,获得相应的单基发射药。通过扫描电镜观察单基发射药样品的微观结构,采用万能材料试验机、简支梁式抗冲击试验机测试了单基发射药的力学性能,通过密闭爆发器实验研究了辅助溶剂对单基发射药能量及燃烧性能的影响。结果表明:当有辅助溶剂加入时,高氮量单基药的力学性能提高,其中添加3%乙酸丁酯的试样在低温(-40℃)、常温(20℃)和高温(50℃)下试样的抗压强度分别提高了15.7%、4.3%和17.7%,抗冲击强度分别提高了29.9%、96.9%和170.0%;辅助溶剂的加入,对单基发射药的燃烧影响较小;与基础单基发射药相比,三元混合溶剂制备的单基发射药火药力均有小幅下降。     

某中小口径武器用梯度硝基发射装药效应

针对某中小口径武器发射烟焰大、刺激性气味强等问题，采用化学脱硝法，制备了不同脱硝程度的梯度硝基七孔发射药，对其理化性能、静态燃烧性能、内弹道性能、发射有害现象进行了研究，并基于最小自由能法，研究了樟脑钝感剂用量与脱硝程度对发射药可燃气体（CO、H₂）含量、未氧化碳值的影响规律。结果表明：随着脱硝程度的增加，发射药的爆热从4001 J·g^-1降低至3517 J·g^-1，弧厚从0.92 mm降低至0.89 mm、安定剂含量从2.60%降低至1.95%、安定性未发生变化，最大动态活度对应的相对压力B_m增加至0.66，燃烧渐增性逐渐提升；在相当膛压下，发射药燃烧渐增性越好，弹丸初速越高，并建立了装药量、膛压、初速之间的对映耦合关系，获得了梯度硝基发射药内弹道性能的数字表达与控制方法；当爆热值相当时，与樟脑钝感发射药相比，梯度硝基发射药燃气中可燃气体含量低、未氧化碳含量少；射击试验中发现，梯度硝基发射药火焰小、刺激性气味小，具有较少的发射有害现象。     

RDX对改性单基发射药燃烧性能的影响

为提高单基发射药(硝化棉/二硝基甲苯/邻苯二甲酸二丁酯/二苯胺,NC/DNT/DBP/DPA)的能量,在单基发射药中加入不同含量(5%、10%、15%、20%)、不同粒度(0.2,3.7,7.6,100.0μm)的黑索今(RDX),制备并得到改性单基发射药。通过密闭爆发器实验研究了RDX含量、粒度对改性单基发射药燃烧性能的影响规律。实验结果表明:在RDX粒度为7.6μm时,改性单基发射药的燃速随RDX含量的增加先降低再升高,在RDX含量为10%附近存在一个最小值;在50~p_(dpm)MPa(p_(dpm)为最大压力陡度所对应的压力值),改性单基发射药的燃速压力指数平均值均大于1。当RDX含量为5%时,改性单基发射药的燃速随RDX粒度的减小而减小;在50~p_(dpm)MPa,粒度为0.2,3.7μm的RDX改性单基发射药的燃速压力指数平均值均小于1,粒度为7.6,100.0μm的RDX改性单基发射药的燃速压力指数平均值均大于1。     

表面处理对单基药燃烧性能的影响

以5%多苯基烷基多异氰酸酯丙酮溶液为表面处理剂,对单基药的表面进行了化学和物理的综合处理方法。采用定容燃烧试验,考察了此方法对单基发射药燃烧性能的影响。结果表明,该方法处理后的单基药,燃烧中后期燃气生成猛度及活度增加,有利于提高发射药的能量利用率,燃气释放规律更符合内弹道理论的要求;该方法表面处理层的合适厚度约为45μm,过多的表面处理将降低调控发射药燃烧性能的效果。     

改性单基发射药的燃速模型

为了研究以5/7单基发射药为基体药,硝化甘油(NG)为浸渍剂,聚酯为包复剂所组成的改性单基发射药的燃烧性能,对改性单基发射药的浸渍层分布,燃烧过程中药型尺寸及能量特性的变化进行了理论分析和实验验证。制备了NG浸渍量分别为10%和15%两个样品,进行了密闭爆发器试验、显微切片照相,用所建理论模型计算了试验结果。结果表明:NG浸渍量为15%时,火药力提高了10.14%,浸渍深度约0.168 mm,小于150 MPa,计算所得基体药u-p曲线高于改性单基发射药u-p曲线;大于150 MPa,两者u-p曲线重叠。当NG和聚酯在推进剂中的浸渍量分别为15%和2.5%时,在NG和聚酯浸渍量配比合适的条件下,改性单基发射药的火药力和燃烧渐增性在一定范围内可以做到同时增加。     

等离子体点火中止后回收发射药的X射线荧光光谱分析

利用中止燃烧装置,对单基药、双基药、太根药及硝胺药等不同种类发射药进行常规方式和等离子体点火的比较研究。燃烧中止后,回收得到残存发射药。对这些回收发射药表面进行X射线荧光光谱(XRF)分析,以检测发射药表面由于等离子体带来的金属含量。15/19单基药和硝胺药表面的Cu沉积很少;沉积在太根药样品表面的Cu元素,经估算后其含量约为Pb元素的20%左右;而等离子体点火双芳-3的XRF谱图中,Cu元素所处的峰的强度明显增强,经估算后其含量约为Pb元素的50%左右。Cu元素在不同配方发射药表面沉积的相对含量与金属蒸汽罩模型的观点存在不一致。试验结果表明:与常规点火方式相比,等离子体点火燃烧中止后回收得到的发射药表面有金属Cu离子或原子沉积。Cu在发射药表面沉积的相对含量与等离子体发射药能量转移方式、发射药的配方及燃烧状况相关。     

惰性气体消除膛内残余燃气可燃性的应用研究

为消除火炮膛内残余燃气的可燃性,采用在膛内添加CO2 气瓶的方法,通过燃气组成模 型计算得到发射药燃气中可燃气体含量,理论计算得到开闩时能够将膛内残余燃气降至不可燃时 所需添加的CO2 质量范围。对所得CO2 的质量范围结合气瓶和实际应用条件进行理论可行性分 析和实验验证,结果表明:装有所得质量范围CO2 的气瓶在膛内能够正常开启并放气完全,能有效 消除膛内残余燃气可燃性,且消除残余燃气的效果随CO2 添加量的增加而越发显著,在实际应用 中应以计算所得最大CO2 质量作为实际添加量。     

梯度硝基发射药的设计原理与实现方法

为实现发射药能量释放高渐增性,根据枪炮内弹道学原理提出梯度硝基发射药(NGDP)的概念,并论证NGDP能量释放渐增性的基本原理。与传统钝感发射药相比,NGDP氧平衡较高,理论上具有低烟雾、低残渣特征。基于最小自由能算法,分析邻苯二甲酸二丁酯、樟脑和二硝基甲苯钝感的发射药与NGDP燃烧产物中可燃组分(CO、H₂)的含量,发现NGDP燃烧产物中可燃组分含量最低。阐述了NGDP的制备过程,通过扫描电子显微镜和X射线能谱仪以及激光共聚焦显微拉曼光谱仪表征NGDP的微观结构;进行密闭爆发器实验,证实了NGDP具有能量释放高渐增性。结果表明,NGDP是一种有别于现有制式发射药的新型发射药,有望消除或者减少传统表面钝感、包覆发射药存在的烟雾、火焰、残渣、储存稳定性等诸多问题。     

GAP/NC交联改性双基推进剂能量及烟雾特性计算研究

利用推进剂能量特性计算程序,计算了以聚叠氮缩水甘油醚(GAP)改性单基球形药为粘合剂的GAP/硝化棉(NC)交联改性双基推进剂的能量性能。以燃烧产物中Al_2O_3、HCl的含量评价其烟雾特性。结果表明,随着增塑剂端叠氮基聚叠氮缩水甘油醚(GAPA)含量的增大,理论比冲先增加后降低。随着粘合剂中GAP含量的增加,理论比冲降低,燃烧温度降低;而且增塑比越小,降低的幅度越大。GAPA含量和GAP含量对推进剂的烟雾特性影响不大。采用4,4'-二硝基-3,3'偶氮氧化呋咱(DNAF)取代AP后,在固体含量为60%,推进剂理论比冲在2600 N·s·kg~(-1)时,其燃烧产物与AP配方相比,N_2含量增加了44%,Al_2O_3含量下降了67%,HCl含量降为0,说明GAP/NC推进剂是一种具有高能量、低特征信号的重要推进剂。     

含能纤维素凝胶推进剂体系燃烧特征与稳定性

以羧甲基纤维素甘油醚硝酸酯(CMNGEC)为含能胶凝剂,通过配方设计,得到多组分凝胶推进剂体系。采用平板燃烧测试、热重-微商热重和差示扫描量热法,高速离心稳定性实验分析了新型凝胶推进剂体系的燃烧火焰特征、燃烧残渣量与体系稳定性。结果表明,CMNGEC凝胶推进剂体系燃烧具有周期性的膨胀、破裂、喷射及胶凝剂燃烧四个过程,燃烧残渣比Si O2凝胶推进剂体系少,其热分解可分成液体组分挥发、CMNGEC热分解和高氯酸铵热分解三个阶段。当CMNGEC胶凝剂含量达到3%,凝胶推进剂体系在670,2000,7000 g高速离心30 min条件下稳定,液体析出率均小于1%。     

含CL-20改性双基推进剂的能量计算与分析

借助REAL软件,采用最小自由能法计算了含不同量六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)、黑索今(RDX)、Al的改性双基推进剂的能量特性。研究了CL-20、RDX、Al含量变化对该推进剂能量特性的影响。结果表明:随着CL-20含量的提高,该推进剂的理论比冲、燃烧温度、氧平衡和燃气平均分子量大幅度增加;在含CL-20改性双基推进剂中加入Al粉可进一步提高推进剂的能量,但Al粉含量应使体系氧平衡系数大于0.53,否则将降低能量。     

含钾盐添加剂的火药燃烧产物导电特性研究

为提高火药燃烧产物的导电特性,基于气体热电离理论,在火药中添加电离电位较低的碳酸钾碱金属化合物以提高其电离度。通过对火药燃烧反应的化学物理过程进行分析,结合内弹道理论和等离子体理论建立火药燃气的热电离模型,数值计算了火药燃烧过程的压力、燃气温度等热力学变化过程。应用Saha方程和交错法,分析了火药力、燃烧室容积和钾盐含量变化对燃烧产物电子密度和电导率的影响规律,并采用光谱测量法试验测试了无钾盐添加剂和加入钾盐后火药燃烧产物的发射光谱强度。研究结果表明：添加电离种子碳酸钾后能够使火药燃气具有较高的导电性;火药力和药室容积的增加可以相应地提高燃气电导率。     

铝粉粒度和含量对NEPE推进剂燃烧产物颗粒阻尼的影响

为研究铝粉粒度和含量对NEPE推进剂燃烧产物颗粒阻尼的影响,采用密闭弹燃烧法收集了NEPE推进剂的凝相燃烧产物并开展粒度分析,根据Culick线性颗粒阻尼理论计算了燃烧产物对声不稳定燃烧的颗粒阻尼。结果表明,铝粉的粒度和含量均显著影响NEPE推进剂燃烧产物对声不稳定燃烧的颗粒阻尼,主要是由于铝粉粒度和含量影响了凝相燃烧产物的粒度分布。对一定频率声不稳定燃烧,凝相燃烧产物中粒径处于[1/2D_(opt),2D_(opt)](D_(opt)为最佳颗粒粒径)区间的颗粒质量分数越高,燃烧产物的颗粒阻尼效率系数越大,产生的颗粒阻尼越大。燃烧产物中凝相燃烧产物的质量分数是决定颗粒阻尼大小的因素之一,与推进剂中铝粉含量呈正相关。     

CL-20/Al-CMDB推进剂能量释放规律研究

首次从CL-20/Al-CMDB推进剂单组分和配方的最佳氧系数值着手,以探索燃烧过程中为Al提供O源的组分为目标,计算和分析了CL-20/Al-CMDB推进剂主要能量示性数和燃气组分的变化规律。结果表明:Al添加量与CL-20/Al-CMDB推进剂的比冲,氧系数,燃气中(H_2O+CO_2)、CO、CO_2和H_2O质量百分数线性相关,认为推进剂基体的一次燃烧产物CO_2和H_2O为Al的燃烧提供O源。Al的最佳添加量为5%~10%时,Isp~wAl的线性相关性系数R2为0.996。     

环境氧含量和压力对铝镁贫氧推进剂燃烧性能的影响

为研究不同海拔处大气氧含量(氧体积分数)变化对铝镁贫氧推进剂燃烧特性的影响,采用激光辐射点火,使用高速摄影仪记录推进剂的点火与燃烧过程,并利用红外测温仪测量推进剂的表面温度及火焰温度,研究了环境氧含量与压力对推进剂的点火过程、火焰温度和燃速的影响。结果表明,环境气体氧含量高于推进剂热解产物中氧含量时,点火气相化学反应主要发生在推进剂热解产物与环境气体的扩散区,初现焰远离推进剂表面,但随着压力增加,扩散区与推进剂表面之间距离减小;火焰温度与环境氧含量和压力线性正相关;压力与环境氧含量增加时,铝镁贫氧推进剂燃速增加,压力和环境氧含量对铝镁贫氧推进剂燃速的影响符合B数理论,压力是影响推进剂燃速的主要因素,但随着压力增加,压力对燃速的影响相对减小,压力从0.1 MPa增加到1.5 MPa时,压力和环境氧含量的燃速敏感系数比从200下降到40。     

小口径模压可燃药筒能量性能及燃烧性能研究

基于最小自由能原理,采用迭代法对小口径可燃药筒的能量示性数进行计算,用密闭爆发器和氧弹量热仪对计算的火药力、余容及爆热进行了验证,并运用最小自由能法与定容燃烧试验分析了含能纤维对小口径可燃药筒能量性能与燃烧性能的影响规律。结果表明:与试验测定结果相比,最小自由能法计算得到的火药力、余容与爆热的误差均小于5%,适用于可燃药筒的能量示性数的理论计算;含能纤维的加入可以有效提高可燃药筒的能量,有利于提高可燃药筒的燃烧速度,缩短燃烧时间,增加火药力,改善可燃药筒的燃尽性。